风机各类控制安全与防护刹车状态.docx
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风机各类控制安全与防护刹车状态
FD70风电机组安全和防护
东汽用户服务处
杨雄杰
风机操作和维护属于高空作业,塔筒高65m;高压电气操作,风机发电电压690V,属于特种行业,所以风机安全和防护非常重要。
风机设备安全,可分为设备操作安全和风机自动控制安全,本教材通过介绍风机的控制系统、安全操作知识,安全装置、传感器以及人身安全等方面的内容,使大家了解和掌握风机有哪些运行安全措施和个人防护办法,以保证风机安全可靠运行并网发电。
1机组概述
东方汽轮机厂生产的FD70A和FD77A型风力发电机组是变桨矩、变转速并网运行的机组,额定功率Pel=1500KW。
根据当地条件,可以选择风轮直径为70m(FD70A)或77m(FD77A),轮毂的高度从61.5m到105m的风力发电机组。
传动链
三只叶片的风轮安装在塔架的上风向。
风轮的载荷通过转子轴(法兰连接在轮毂上)转移到三点轴承装置上,转子轴由具有独立的支撑在主机架上轴承箱(位于风轮侧)内的球面轴承支撑。
转子轴的端部直接插入齿轮箱并通过卡紧环锁紧。
齿轮箱是悬挂在弹性衬套中,它将力矩及由偏航和变桨运动的反作用力传递到主机架上。
齿轮箱带有一级行星斜齿轮和2级正齿轮。
发电机通过一个弯曲方向柔性的联接器来驱动。
发电机设计为带滑环的转子,与变频器相连,变频器回收转子的滑差功率,因此能使风力发电机组变转速运行。
低于额定(风速)功率时风力发电机组在固定的叶片安装角下,在大的转速范围下工作。
发电机系统的转矩-转速特征曲线图规定为一个固定的形式。
当超过额定风速时,发电机系统和叶片变桨系统相互作用来控制风力发电机组。
以使发电机的转矩保持为常量,转速的波动通过变桨控制系统来调节。
变桨控制
每个叶片配置了各自独立的变桨控制驱动系统,由中央控制器统一调节每台直流电机的动作使之达到同步。
在电网故障或安全停机时,每个独立的驱动电机立即由后备蓄电池供电。
单独来说,自给的变桨控制系统为调节功率服务,并且同时作为三重冗余安全系统。
转子刹车
作为辅助安全系统,高速轴(在齿轮箱输出侧)带有一个刹车盘。
该系统运行在两个不同压力等级。
为了降低转速,刹车的转矩应该与风力发电机组的额定转矩一致。
为了在风力发电机组停机时保持转轴不动,刹车装置刹车力矩达到两倍额定转矩。
离合器
在发电机轴上配有安全离合器,当扭矩达到额定转矩的2.5倍时,离合器脱开。
离合器的作用是为了在发电机系统出现故障瞬时产生尖峰扭矩时保护传动系统免受破坏。
风机系列
FD型风力发电机组有两种系列,直径分别为70和77米,在实际设计中除风轮叶片和齿轮箱有变化外,其余相同。
事实上,两种系列工作在相同的叶尖线速度下,转速不同是由于风轮直径不同。
两种系列的风机只要采用适当的齿轮传动比,可获得同样的发电机速度。
两种风力发电机组在安全和控制方面其转速限制值是不同的。
两个系列的详细的技术数据包含在各自的数据表中(FD70A风力发电机数据表F1-D-1.1-GP.TB.01-B或FD77A风力发电机数据表F1-D-1.2-GP.TB.01-B
1.控制流程
2.1基本
机组从并网运行模式到停机有三种不同的停机程序,分别为:
紧急停机、快速停机和正常停机。
紧急停机(刹车程序200)
风轮叶片以每秒15°的速度旋转到91°的位置。
变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。
转子刹车执行制动。
快速Ⅱb停机(刹车程序190)
风轮叶片以每秒近15°的速度旋转到91°的位置。
变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。
转子刹车执行制动,但30s后释放。
快速Ⅱa停机(刹车程序180)
风轮叶片以每秒近15°的速度旋转到91°的位置。
变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。
转子刹车不执行制动。
快速Ⅰ停机(刹车程序75)
风轮叶片以每秒10~15°(可调参数)的速度旋转到90°的位置。
变桨控制驱动装置由电网通过半导体闸流管整流控制器供电,并运行在可控制的方式下。
转子刹车不制动。
正常关闭(刹车程序50)
风轮叶片以每秒5°的速度旋转到90°的位置。
变桨控制驱动装置由电网通过半导体闸流管整流控制器供电,并运行在可控制的方式下。
当功率到0时,发电机从电网中解列,转子刹车不制动。
现有的所有故障排除后,机组通过操作启动程序A、B或C返回并网。
利用转矩-速度特性曲线来进行发电机的控制,该特性曲线显示了一个符合最优能量产出的上升斜率和超出额定功率后保持的恒定扭矩。
变桨控制机构仅仅对转速RPM起作用,它在低于额定功率范围时不动作,因为它控制叶片在空气动力学上的理想0°位置,在该位置通过制动保持角度稳定。
启动
取决于先前发生的故障,机组要通过不同的启动程序返回运行。
不同点显示在下列启动程序内。
A启动
当机组停机时风轮叶片角度处于70°位置,且刹车不制动时,刹车所处位置由“IDLEOFF/切除空转”命令控制,在允许的误差后,机组开始以RPM控制方式启动,并快速通过塔筒的共振范围。
如果风突然停止或产生共振启动程序将中断、叶片回到70°位置。
如果启动成功,异步发电机的转速达到1500rpm,允许的速度范围为1500rpm±250rpm,转速良好。
直流回路电容器充电、变频器并网。
此时,功率还是零,叶片角度设置成相应的限定值。
叶片角度逐渐向0°位置推进,转矩的设定值开始随之增加。
利用上升斜率来避免不必要的过头控制。
启动完成,系统进入持续并网运行模式。
如果风弱转速将下降,如果风大,系统将进入恒定的1800rpm的控制。
B启动
B启动和A启动唯一不同的是初始状态,B启动用在刹车程序50或75刹车后,启动过程与A启动的过程一样。
C启动
它的不同是通常在按刹车程序180、190或200停机后执行,与A和B启动截然不同的是,C启动需要执行自检。
“自检”程序如下:
刹车已制动,如果刹车磨损,机组显示故障。
如果没有,叶片旋转到70°位置。
该过程刹车可能不滑动。
如果是这样,风电机组要停机。
否则,刹车是释放的。
所有的叶片角度的监视功能在变桨控制期间激活(见下),以便一些可能的变桨控制故障被检测到。
成功自检后,真正的启动程序开始。
启动过程与A启动的过程一样。
紧急停机故障显示
显示紧急停机时的故障原因:
1.额外功超过1.5倍额定功率,即2250KW,这错误仅出现在发电机系统或变桨控制装置故障。
2.振动开关
3.转轴超速,转速超过最大运行转速的1.2倍。
4.齿轮箱超速,转速超过最大运行转速的1.2倍。
5.紧急停机按钮,在机舱内和塔架底部。
6.由控制器发出的刹车错误信息。
7.脱网(如:
短路引起的跳闸)。
紧急停机程序
安全链中断,导致变桨控制驱动单元直接与后备蓄电池相连。
变桨控制驱动单元单独运行,直到叶片角度达到91°位置,限位开关动作。
如果超过91°,将产生出错信号,驱动一直向前直到95°的限位开关动作。
压力弹簧刹车装置的压力减小,按额定转矩值刹车。
在指定的一段时间后,整个液压系统将断电。
刹车装置以2倍额定转矩来制动。
主要并网开关跳闸使发电机与电网解列。
控制计算机对这段程序没有影响。
快速停机Ⅰ和Ⅱa/b监视
显示快速停机程序触发的原因。
尽管需要快速变桨使叶片返回到它的停机位置,故障触发停机程序也不是由于影响到机组安全。
有下列几种情况:
快速停机Ⅱb显示
8.主开关触发
9.变桨速度太低
10.后备蓄电池供电运行后限位开关不触发
11.通过WP3033的内部监视触发(超速)
快速停机Ⅱa显示
电网故障,如不对称、电压过高或电压过低,超频或低频,矢量突变等。
事先设定值按照VDEW导则。
变桨控制在自检或运行中的发现错误,错误信息通过计算机控制或变桨同步控制器发出。
变频器故障
快速停机Ⅰ显示
变频器关闭,当变频器最大运行转速达到2000rpm时,变频器使并网的风机脱开电网。
超过1.1倍最大运行转速,一般由控制器的不理想的设定值或来自急剧的阵风及/或风以尖角入流引起。
快速停机Ⅱa/b
变桨控制电机由备用蓄电池供电,取决于外部转矩,调整速度在15°/s左右,发电机立即解列。
安全回路仍保持不中断,到达91°限位开关位置时变桨控制停机。
采用快速停机Ⅱb程序刹车制动,在30s后再次被释放。
快速停机Ⅰ
在正常程序停机期间变桨控制电机由电网供电,通过同步控制器来调节使调整速度在10~15°/s之间,发电机立即解列。
安全链仍保持不中断。
叶片朝着90°的位置推动。
常规监视
它包括所有的没有安全影响,不需要立即执行的次要的故障,主要如下:
2.在达到理想控制器设置前,功率超过额定功率值的1.2倍,即1800KW,或在特别急剧风况下。
3.在液压系统中、开关盒中、其它元件中、发电机线圈、轴承温度、转子轴承温度、齿轮箱油温、齿轮箱轴承温度过高。
4.液压故障,如:
压力不正常或泵泄漏(泵长时间在运行)。
1.低速和高速齿轮轴之间的速比错误。
2.齿轮箱供油故障:
例如油压失常。
3.通过计算机控制系统识别的偏航控制故障。
4.一个风速计故障:
可能是因为结冰、风向标堵塞或失常的风速功率比。
5.由于未对准风向使得风轮旋转反向,它也间接的表明了偏航控制有问题。
6.周围环境温度低于-15℃(钢材变脆将产生危险)。
7.需要立即进行电缆解缠绕,解缆信号是控制计算机发出,并且风没有适当的暂停进行预定的电缆解缠绕,并且电缆在被额外的缠绕。
8.在并网运行期间出现变浆控制后备蓄电池电能不足信息。
9.变浆控制驱动单元电流不对称。
10.变浆角度不同。
11.塔架和传动装置振动检测值超过限制范围。
12.如果相同的错误信息反复出现,风机装置将不能自动启动。
可以通过控制软件来设置以小时或分钟来计算错误信息重复出现的次数(例如温度超限)。
正常停机
在并网期间,通过限制转速控制器的输出信号来减小叶片角度。
如果在强阵风条件下,转速控制器可以进一步减少限制的输出信号。
在这种情况下,控制器自身的功能是不会被削弱。
调整速度为5°/s,风轮转速降低。
根据发电机的转矩-转速曲线图,功率也相应的降低。
在1200rpm时发电机将解列,叶片角度进一步调整到90°。
刹车不制动。
在达到风机的切出转速时,也使用正常停机程序停机。
空转监视
它包括在无风期间运行或启动所产生的一些次要的错误。
5.等待风/能量输入
6.塔架共振时
7.空转,切换到G
8.转速不在设定范围内
停机空转
在并网运行时,通过限制转速控制器的输出信号来减少叶片角度。
调整速度为5°/s,风轮速度降低,根据发电机的转矩-转速曲线图,功率也相应的降低。
在转速接近1000rpm时,发电机将解列,叶片的角度调整到70°。
刹车不制动。
人工操作监视
它包括所有的通过控制器的显示屏输入的手动操作命令,或通过远程监视功能操作。
手动停机
手动刹车
维修开关
手动停机
在并网期间,通过限制转速控制器的输出信号来减少叶片角度。
如果在强阵风条件下,转速控制器可以进一步减少限制的输出信号。
在这种情况下,控制器自身的功能是不会被削弱。
调整速度为5°/s,风轮速度降低,根据发电机的转矩-转速曲线图,功率也相应的降低。
在接近1000rpm时,发电机将解列,叶片角度进一步调整到91°。
变桨控制器设定值上升到92.5°以确保三个叶片的行程开关被触发。
手动停机时刹车制动不起作用。
切出运行
为了可靠的识别出切出风速,控制系统不单独依赖风速计,同时考虑到转子的动态性能。
计算的风速基于控制模式运行期间的平均转速和平均叶片角度。
通过与风速计信号校正后,以使获得最真实的实际风速。
切出风速的标准包括在参数范围列表中。
电网故障
在电网故障时执行快速停机Ⅱa程序。
在这种情况下,
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